COVID-19: Beschleunigte Impfstoffentwicklung – auch gegen Mutationen

Schnellere Entwicklung von Impfstoffen in Aussicht?

Mit einer neue Methode kann die Entwicklung von Impfstoffen beschleunigt und an aufkommenden Mutationen des Coronavirus angepasst werden. Dies könnte helfen, den Erreger aufzuhalten und die Pandemie unter Kontrolle zu bringen.

Die neu entwickelte Methode könnte helfen, Menschen effektiver vor der Bedrohung durch COVID-19 zu schützen, so das Ergebnis einer Untersuchung unter der Beteiligung von Forschenden der University of Southern California (USC). Die entsprechende Studie wurde in dem englischsprachigen Fachblatt „Scientific Reports“ publiziert.

Auswirkungen von COVID-19

COVID-19 hat weltweit bereits zu 87 Millionen Krankheitsfällen und mehr als 1,88 Millionen Todesfällen geführt. Die Erkrankung wirkt sich außerdem negativ auf das soziale, finanzielle und politische Gefüge vieler Länder aus. Zwar sind erste Impfstoffe bereits verfügbar, doch gilt es, möglichst zeitnah weitere Impfstoffe zu entwickeln und effektive Gegenmaßnahmen zu identifizieren.

Neue Methode beschleunigt Impfstoffanalyse

Mit Hilfe von künstlicher Intelligenz (KI) entwickelte das Team der USC Viterbi School of Engineering eine Methode, um die Analyse von Impfstoffen zu beschleunigen und die beste potenzielle präventive medizinische Therapie zu identifizieren.

Die Methode ist leicht anpassbar, um auch Mutationen des Virus zu analysieren und sicherzustellen, dass die bestmöglichen Impfstoffe schnell identifiziert werden, erläutern die Forschenden. Dies könne den Menschen einen großen Vorteil gegenüber dem Virus verschaffen. Das neue Machine-Learning-Modell kann Impfstoff-Design-Zyklen, welche früher Monate oder Jahre dauerten, in Sekunden und Minuten erledigen, berichten die Forschenden.

Mögliche Impfstoffe in Sekunden identifizieren?

„Dieses KI-Framework, angewandt auf die Besonderheiten dieses Virus, kann Impfstoffkandidaten innerhalb von Sekunden bereitstellen und sie schnell in klinische Studien bringen, um präventive medizinische Therapien zu erreichen, ohne die Sicherheit zu beeinträchtigen”, erläutert Professor Paul Bogdan von der University of Southern California in Los Angeles in einer Pressemitteilung.

„Darüber hinaus kann dies angepasst werden, um uns zu helfen, dem Coronavirus einen Schritt voraus zu sein, wenn es auf der ganzen Welt mutiert“, fügt der Experte hinzu.

Bei der Anwendung auf SARS-CoV-2 schloss das Computermodell nach Aussage der Forschungsgruppe schnell 95 Prozent der Verbindungen aus, die den Erreger möglicherweise hätten behandeln können, und zeigte die besten Optionen auf.

Neuer Impfstoff dank KI

Die KI-unterstützte Methode sagte 26 potenzielle Impfstoffe voraus, die gegen das Coronavirus wirken würden. Die Forschenden identifizierten die besten elf, aus denen sie einen Multi-Epitop-Impfstoff konstruierten, der die Spike-Proteine angreifen kann, welche das Coronavirus zur Bindung und zum Eindringen in eine Wirtszelle verwendet. Der Impfstoff zielt auf diese Region (das Epitop) der Erreger, um das Spike-Protein zu stören und so die Fähigkeit des Virus zur Replikation zu neutralisieren, erklären die Fachleute.

Darüber hinaus kann ein neuer Multi-Epitop-Impfstoff für ein neues Virus in weniger als einer Minute konstruiert werden und es ist möglich, dessen Qualität innerhalb einer Stunde zu validieren, berichten die Forschenden weiter. Im Gegensatz dazu erfordern aktuelle Verfahren zur Viruskontrolle, den Erreger im Labor zu züchten, ihn zu deaktivieren und das Virus, welches eine Krankheit verursacht hat, zu injizieren. Der Prozess ist zeitaufwändig und dauert mehr als ein Jahr – währenddessen breitet sich die Krankheit aus.

Mutationen minimieren Wirksamkeit bestehender Impfstoffe

Die neue Methode ist in dieser Phase der Pandemie besonders nützlich, da das Coronavirus in Populationen auf der ganzen Welt zu mutieren beginnt. Einige Fachleute sind besorgt, dass die Mutationen die Wirksamkeit der derzeit eingesetzten Impfstoffe von Pfizer und Moderna reduzieren könnten.

In Zukunft mehr Todesfälle durch Mutationen?

Jüngste Varianten des Virus, die in Großbritannien, Südafrika und Brasilien aufgetaucht sind, scheinen sich leichter zu verbreiten, was laut den Forschenden schnell zu viel mehr Erkrankungen, Todesfällen und Krankenhausaufenthalten führen kann.

Bogdan erklärt: Wenn SARS-CoV-2 durch aktuelle Impfstoffe nicht kontrollierbar wird, oder wenn neue Impfstoffe benötigt werden, um mit anderen auftauchenden Viren umzugehen, könne die KI-gestützte Methode der USC verwendet werden, um schnell andere Präventionsmechanismen zu entwerfen.

„Das vorgeschlagene Impfstoff-Design-Framework kann die drei am häufigsten beobachteten Mutationen angehen und erweitert werden, um mit anderen potenziell unbekannten Mutationen umzugehen”, erklärt Bogdan. (as)